浅谈煤层注水在峻德煤矿二水平南一区22-1层采煤工作面应用

浅谈煤层注水在峻德煤矿二水平南一区22-1层采煤工作面应用

翟锦峰

黑龙江龙煤鹤岗矿业有限责任公司

摘要：目前，作为世界上防治煤矿煤尘爆炸事故的有效措施，煤层注水作用重大。经过注水的煤层在生产流程全过程、工作面及回采等方面都能够连续防尘。同时，煤层注水的有效实施，一方面能够将煤尘事故的发生进行有效的扼制，另一方面，对于矽肺病的产生也具有十分重要的抑制作用。煤层注水是减少采煤工作面粉尘产生的最基本、最有效的措施。通过煤层注水一般除尘率可达60-80%，煤层注水通过钻孔，将压力水注入煤层中，使煤层得到预先湿润，增加煤体的水分，减少采煤时粉尘产生量的一种技术措施。

关键词：煤层注水钻孔注水压力

引言：在煤矿生产过程中,粉尘严重地威胁着生产安全和矿工的身心健康。主要表现在对人体健康的危害,即工人长期吸入矿尘,轻者患呼吸道炎症,重者患尘肺病;煤层注水技术是矿井最重要的降尘措施之一,所谓煤层注水是指在进行回采工作前，预先将若干个钻孔在煤层上打好，通过将压力水向钻孔中注入，在引导其向煤体内部渗透的过程中，使煤体内原有的瓦斯-煤两相体系具有的平衡得以破坏，从而使煤具有的热力学特性、力学特性及物理化学特性等都能够产生变化。本文基于峻德煤矿二水平南一区22-1层工作面具体情况,设计了该煤层长孔注水参数,对峻德煤矿的安全高效生产具有重要的意义。

一、工作面概况及注水参数确定

1、工作面概况

注水试验工作面位于峻德煤矿二水平南一区22-1层,二段机道开门标高为-291，长402m，可采长度372.3。切眼长164m。煤层平均倾角36°。煤层平均厚度为3.0m，赋存稳定，采高全煤厚，一次采全高，保证煤质。区内有钻孔84-2、74-11，均为阶段水泥封孔。工作面内煤层赋存较稳定,夹多层0.03～0.22m的粉砂岩及炭页岩，煤层有益厚2.49～3.25m。走向183°～188°，倾角31°～37°。灰分13.41%,挥发份为34.63%。视密度为1.32T/m3,煤种为QM从钻孔资料及巷道实见看，煤层直接顶为2～13.7m的灰色粉砂岩,以石英、长石为主。老顶为2.5～4.2m的灰白色中砂岩，长石质，水平层理。底板为3.2～5.9m的灰色粉砂岩。

从上分析可知，煤层较为坚硬，机采将产生煤尘的量较大，而煤层的内生裂隙较为发育，适宜采用煤层注水防尘。

2、煤层注水方式及注水参数

煤层注水方式是指钻孔长度、位置和方向的概念，一般分为长孔、短孔、深孔和巷道注水四种注水方式。根据本矿煤矿层赋存的特点，采区巷道的布置方式、采煤方法等情况，并借鉴邻近生产矿井的实际经验，设计采用长孔注水方式，它是从回采工作面的运输巷，沿煤层倾斜方向垂直于工作面打上向孔注水，孔长30~100m。注水系统采用动压注水系统。

3、钻孔具体参数

4、注水的压力、速度、单孔注水量、时间的确定

(1)单孔注水量Q:Q=KLBhγq=(m3)式中,K为系数,取1.1;h为煤层厚度,取平均厚度h=3m;γ为煤的密度,取1.32t/m3;q为吨煤注水量,取0.02m3/t。

5、注水设备及仪器

煤层注水泵：RB-200/31.5，1台；Φ25高压管、Φ10高压管、Φ10截止阀、Φ25变Φ10两通

6、注水孔布置及注水原理

①、机道自切眼硬帮向外100m施工注水孔，每5m在机道上帮布置一个注水孔。

②、钻孔参数：孔深120m，孔距5m，孔径Φ75mm，钻孔仰角33°，平行于煤层，开孔高度1.8m-2.5m。

③、软化煤体使用RB-200/31.5煤层注水乳化泵进行注水，第一次注水到煤体渗水后停止24小时。机道煤体第一次高压注水渗水后改为静压注水，工作面推进到距注水孔25—30m处时，停止静压注水，撤出注水管路。当钻孔注水一定时间后，如发生煤壁渗水现象，则暂停注水，并将巷道积水抽排净。当孔内水分渗入深部煤体后，再继续向钻孔补注水。对每个钻孔反复进行注水，直至煤体全部软化为止。

二、煤层注水水源

煤层注水水源取自井下-250标高消防洒水系统，从-250给水管网中接Φ25高压管至注水泵站，将水注入注水泵内，储水箱容积为1.8m3，由注水泵加压向煤层注水。

三、影响注水效果的因素

煤层的注水效果,一是表现在煤层被水湿润的程度上,即煤的集中系数水分增加;二是表现在采煤各环节的降尘率上,即煤尘浓度的降低。

1、煤的湿润性煤层的湿能力主要表现在两个方面：

第一个方面水对细粒爆宋的粘合能力强弱；另一个方面是煤体孔隙对水的毛细作用力大小，起到挤排煤水的毛细作用力大小。

2、层裂孔的发有程度煤层裂、孔隙的发育程度直接关系到煤层的透水水平。

3、煤的坚固性。

4、煤层内的瓦斯。

四、煤层注水作用与效果

1.降尘效果：作为在回采工作面活动中具有相对有效性的防尘措施，在对煤层进行注水工作时，水具有的除尘原理主要表现在以下几点:

(1)将煤体内各个细小环节进行有效的覆盖，从而使开采工作进行中，一旦煤体发生破碎，使颗粒较小的煤尘不断飘飞的现象得以避免。

(2)使煤体内原生煤尘保持湿润，从而使其飞扬能力得以失去。2、降低了割煤时的瓦斯浓度，使产量得以提高。

2、降低了煤的硬度，软化煤体，降低切割和破碎能量，减少了对设备的破坏。

3、抑制工作面瓦斯：煤层注水对瓦斯治理的作用,不仅表现在防治瓦斯突出方面,而且对降低瓦斯涌出量也有十分明显的效果。这是因为注水时高压水克服瓦斯压力后才能注进水,水改变了煤的力学性质,增加了煤的可塑性,降低了弹性模量,使应力分布均匀化,弹性能释放的速度变小,降低了释放的功率,水进入煤的孔隙,降低了瓦斯的排放。

4、防制冲击地压：由于煤层注水后软化了煤体,改变了煤体的裂隙结构,降低了煤的弹性和储蓄能量的能力,使煤体脆性减弱,塑性增强,促使煤壁前方塑性变形区变宽,应力集中带向煤壁深处移动并变宽,使煤体冲击倾向减弱,显著地改善能量释放过程中在时间上的稳定性和在空间上的均匀性,从而防止了冲击地压的发生和产生冲击地压的强度

5、二水平南一区22-1层，为Ⅰ类发火煤层，通过注水使采空区内遗煤含水量增大了煤体的导热系数和热容量增大，使遗煤的温度不易升高，从而延长了自热发火日期，避免自然火灾的发生。

6、其他效果：煤层注水以后还能取得以下各种效果:降低煤的硬度,软化煤体,降低切割和破碎能量,降低截齿的消耗,提高了生产效率;减少设备的破坏。测定表明,煤层水分在原基础上增加0.8%～2%可使煤的单轴抗压程度降低14%～32%,节能显著。

参考文献

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[2]李摇平,王佰顺,李守勤.峻德矿二水平南三区22-1层综采面中深孔煤层高压注水降尘技术

[3]段康廉,冯增朝,赵阳升,等.低渗透煤层钻孔与水力割缝瓦斯排放的实验研究

[4]刘明举,孔留安,郝富昌,等.水力冲孔技术在严重突出煤层中的应用

[5]魏国营,郭中海,谢伦荣,等.煤巷掘进水力掏槽防治煤与瓦斯突出技术

作者简介

翟锦峰，男，1984年6月-，2008年毕业于黑龙江科技学院采矿工程专业，中共党员工程师现任黑龙江龙煤鹤岗矿业有限责任公司峻德煤矿综采一区技术员。